在完成MOS管芯片在制作之后,需要給MOS管芯片加上一個外殼,這就是MOS管封裝。該封裝外殼主要起著支撐、保護和冷卻的作用,同時還可為芯片提供電氣連接和隔離,從而將MOS管器件與其它元件構成完整的電路。
而不同的封裝、不同的設計,MOS管的規格尺寸、各類電性參數等都會不一樣,而它們在電路中所能起到的作用也會不一樣;另外,封裝還是電路設計中MOS管選擇的重要參考。封裝的重要性不言而喻,今天我們就來聊聊MOS管封裝的那些事。
MOS管封裝分類
按照安裝在PCB板上的方式來劃分,MOS管封裝主要有兩大類:插入式(Through Hole)和表面貼裝式(Surface Mount)。
插入式就是MOSFET的管腳穿過PCB板的安裝孔并焊接在PCB板上。常見的插入式封裝有:雙列直插式封裝(DIP)、晶體管外形封裝(TO)、插針網格陣列封裝(PGA)三種樣式。
插入式封裝
表面貼裝則是MOSFET的管腳及散熱法蘭焊接在PCB板表面的焊盤上。典型表面貼裝式封裝有:晶體管外形(D-PAK)、小外形晶體管(SOT)、小外形封裝(SOP)、方形扁平式封裝(QFP)、塑封有引線芯片載體(PLCC)等。
表面貼裝式封裝
隨著技術的發展,目前主板、顯卡等的PCB板采用直插式封裝方式的越來越少,更多地選用了表面貼裝式封裝方式。
1、雙列直插式封裝(DIP)
DIP封裝有兩排引腳,需要插入到具有DIP結構的芯片插座上,其派生方式為SDIP(Shrink DIP),即緊縮雙入線封裝,較DIP的針腳密度高6倍。
DIP封裝結構形式有:多層陶瓷雙列直插式DIP、單層陶瓷雙列直插式DIP、引線框架式DIP(含玻璃陶瓷封接式、塑料包封結構式、陶瓷低熔玻璃封裝式)等。DIP封裝的特點是可以很方便地實現PCB板的穿孔焊接,和主板有很好的兼容性。
但由于其封裝面積和厚度都比較大,而且引腳在插拔過程中很容易被損壞,可靠性較差;同時由于受工藝的影響,引腳一般都不超過100個,因此在電子產業高度集成化過程中,DIP封裝逐漸退出了歷史舞臺。
2、晶體管外形封裝(TO)
屬于早期的封裝規格,例如TO-3P、TO-247、TO-92、TO-92L、TO-220、TO-220F、TO-251等都是插入式封裝設計。
TO-3P/247:是中高壓、大電流MOS管常用的封裝形式,產品具有耐壓高、抗擊穿能力強等特點。
TO-220/220F:TO-220F是全塑封裝,裝到散熱器上時不必加絕緣墊;TO-220帶金屬片與中間腳相連,裝散熱器時要加絕緣墊。這兩種封裝樣式的MOS管外觀差不多,可以互換使用。
TO-251:該封裝產品主要是為了降低成本和縮小產品體積,主要應用于中壓大電流60A以下、高壓7N以下環境中。
TO-92:該封裝只有低壓MOS管(電流10A以下、耐壓值60V以下)和高壓1N60/65在采用,目的是降低成本。
近年來,由于插入式封裝工藝焊接成本高、散熱性能也不如貼片式產品,使得表面貼裝市場需求量不斷增大,也使得TO封裝發展到表面貼裝式封裝。TO-252(又稱之為D-PAK)和TO-263(D2PAK)就是表面貼裝封裝。
TO封裝產品外觀
TO252/D-PAK是一種塑封貼片封裝,常用于功率晶體管、穩壓芯片的封裝,是目前主流封裝之一。
采用該封裝方式的MOSFET有3個電極,柵極(G)、漏極(D)、源極(S)。
其中漏極(D)的引腳被剪斷不用,而是使用背面的散熱板作漏極(D),直接焊接在PCB上,一方面用于輸出大電流,一方面通過PCB散熱;所以PCB的D-PAK焊盤有三處,漏極(D)焊盤較大。其封裝規范如下:
TO-252/D-PAK封裝尺寸規格
TO-263是TO-220的一個變種,主要是為了提高生產效率和散熱而設計,支持極高的電流和電壓,在150A以下、30V以上的中壓大電流MOS管中較為多見。
除了D2PAK(TO-263AB)之外,還包括TO263-2、TO263-3、TO263-5、TO263-7等樣式,與TO-263為從屬關系,主要是引出腳數量和距離不同。
TO-263/D2PAK封裝尺寸規格
3、插針網格陣列封裝(PGA)
PGA(Pin Grid Array Package)芯片內外有多個方陣形的插針,每個方陣形插針沿芯片的四周間隔一定距離排列,根據管腳數目的多少,可以圍成2~5圈。安裝時,將芯片插入專門的PGA插座即可,具有插拔方便且可靠性高的優勢,能適應更高的頻率。
PGA封裝樣式
其芯片基板多數為陶瓷材質,也有部分采用特制的塑料樹脂來做基板,在工藝上,引腳中心距通常為2.54mm,引腳數從64到447不等。
這種封裝的特點是,封裝面積(體積)越小,能夠承受的功耗(性能)就越低,反之則越高。這種封裝形式芯片在早期比較多見,且多用于CPU等大功耗產品的封裝,如英特爾的80486、Pentium均采用此封裝樣式;不大為MOS管廠家所采納。
4、小外形晶體管封裝(SOT)
SOT(Small Out-Line Transistor)是貼片型小功率晶體管封裝,主要有SOT23、SOT89、SOT143、SOT25(即SOT23-5)等,又衍生出SOT323、SOT363/SOT26(即SOT23-6)等類型,體積比TO封裝小。
SOT封裝類型
SOT23是常用的三極管封裝形式,有3條翼形引腳,分別為集電極、發射極和基極,分別列于元件長邊兩側,其中,發射極和基極在同一側,常見于小功率晶體管、場效應管和帶電阻網絡的復合晶體管,強度好,但可焊性差,外形如下圖(a)所示。
SOT89具有3條短引腳,分布在晶體管的一側,另外一側為金屬散熱片,與基極相連,以增加散熱能力,常見于硅功率表面組裝晶體管,適用于較高功率的場合,外形如下圖(b)所示。
SOT143具有4條翼形短引腳,從兩側引出,引腳中寬度偏大的一端為集電極,這類封裝常見于高頻晶體管,外形如下圖(c)所示。
SOT252屬于大功率晶體管,3條引腳從一側引出,中間一條引腳較短,為集電極,與另一端較大的引腳相連,該引腳為散熱作用的銅片,外形如下圖(d)所示。
常見SOT封裝外形比較
主板上常用四端引腳的SOT-89 MOSFET。其規格尺寸如下:
SOT-89 MOSFET尺寸規格(單位:mm)